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什么是超級電容器

2020-04-04
來源:電源網(wǎng)

    什么是超級電容器?它的工作原理是什么?指介于傳統(tǒng)電容器和充電電池之間的一種新型儲能裝置,既具有電容器快速充放電的特性,同時又具有電池的儲能特性。

    

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    2.原理

    超級電容器是通過電極與電解質(zhì)之間形成的界面雙層來存儲能量的新型元器件。當電極與電解液接觸時,由于庫侖力、分子間力及原子間力的作用,使固液界面出現(xiàn)穩(wěn)定和符號相反的雙層電荷,稱其為界面雙層。把雙電層超級電容看成是懸在電解質(zhì)中的2個非活性多孔板,電壓加載到2個板上。加在正極板上的電勢吸引電解質(zhì)中的負離子,負極板吸引正離子,從而在兩電極的表面形成了一個雙電層電容器。雙電層電容器根據(jù)電極材料的不同,可以分為碳電極雙層超級電容器、金屬氧化物電極超級電容器和有機聚合物電極超級電容器。

    3.特點

    與蓄電池和傳統(tǒng)物理電容器相比,超級電容器的特點主要體現(xiàn)在:

    (1)功率密度高。可達102~104 W/kg,遠高于蓄電池的功率密度水平。

    (2)循環(huán)壽命長。在幾秒鐘的高速深度充放電循環(huán)50萬次至100萬次后,超級電容器的特性變化很小,容量和內(nèi)阻僅降低10%~20%。

    (3)工作溫限寬。由于在低溫狀態(tài)下超級電容器中離子的吸附和脫附速度變化不大,因此其容量變化遠小于蓄電池。商業(yè)化超級電容器的工作溫度范圍可達-40℃~+80℃。

    (4)免維護。超級電容器充放電效率高,對過充電和過放電有一定的承受能力,可穩(wěn)定地反復(fù)充放電,在理論上是不需要進行維護的。

    (5)綠色環(huán)保。超級電容器在生產(chǎn)過程中不使用重金屬和其他有害的化學物質(zhì),且自身壽命較長,因而是一種新型的綠色環(huán)保電源。

    4.分類

    對于超級電容器來說,依據(jù)不同的內(nèi)容可有不同的分類方法。

    首先,根據(jù)不同的儲能機理,可將超級電容器分為雙電層電容器和法拉第準電容器兩大類。其中,雙電層電容器主要是通過純靜電電荷在電極表面進行吸附來產(chǎn)生存儲能量。法拉第準電容器主要是通過法拉第準電容活性電極材料(如過渡金屬氧化物和高分子聚合物)表面及表面附近發(fā)生可逆的氧化還原反應(yīng)產(chǎn)生法拉第準電容,從而實現(xiàn)對能量的存儲與轉(zhuǎn)換。

    其次,根據(jù)電解液種類可分為水系超級電容器和有機系超級電容器兩大類。此外,根據(jù)活性材料的類型是否相同,可分為對稱超級電容器和非對稱超級電容器。其次,根據(jù)電解液的狀態(tài)形式,又可將超級電容器分為固體電解質(zhì)超級電容器和液體電解質(zhì)超級電容器兩大類。

    5.主要參數(shù)

    1)壽命:超級電容器的內(nèi)阻增加,則容量降低j在規(guī)定的參數(shù)范圍內(nèi),它的有效使用時間是可以延長的,一般跟它的特點第4條所規(guī)定的有關(guān)。影響壽命的是活性干涸、內(nèi)阻加大,存儲電能能力下降至63.2%稱為壽命終結(jié)。

    2)電壓:超級電容器有一個推薦電壓和一個推薦工作電壓 如果使用電壓高于推薦電壓,將縮短電容器的壽命,但是電容器能連續(xù)長期工作在過高壓狀態(tài)下,電容器內(nèi)部的活性炭將分解形成氣體,有利存儲電能,但不能超過推薦電壓的1.3倍,否則將會因電壓超高而損壞超級電容器。

    3)溫度:超級電容器的正常操作溫度是-40~70℃。溫度與電壓是影響超級電容器壽命的重要因素。溫度每升高5℃,電容器的壽命將下降10%。在低溫下,提高電容器的工作電壓,電容器的內(nèi)阻不會上升,可提高電容器的使用效率。

    4)放電:在脈沖充電技術(shù)里,電容內(nèi)阻是重要因素;在小電流放電中,容量又是重要因素。

    5)充電:電容充電有多種方式,如恒流充電、恒壓充電、脈沖充電等。在充電過程中,在電容回路串接一只電阻,將降低充電電流,提高電池的使用壽命。以上就是超級電容器的原理解析,希望能給大家?guī)椭?/p>

    

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